第五章MBR膜生物反应器

1、第五章 MBR技术目录第一节第一节MBR技术技术简介简介第二节第二节MBR用膜、膜组件用膜、膜组件第三节第三节MBR系统设计系统设计第四节第四节MBR案例介绍案例介绍第一节第一节.MBR.MBR技术简介技术简介MBR技术分类技术分类 1.2 MBR含义及其工作原理含义及其工作原理1.1MBR技术优越性技术优越性1.3MBR技术的不足技术的不足1.4MBR发展历史发展历史1.5MBR发展前瞻发展前瞻1.6第一节第一节.MBR技术简介技术简介1.1 MBR含义及其工作原理含义及其工作原理定义 MBR为膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）简称，是一种将膜分离技术与生物技术结合的新

2、型水处理技术，它是用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。MBR技术通过膜的分离大大强化了泥水分离能力，使活性污泥浓度提高，其水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，废水生物处理的性能大大改善。 第一节第一节.MBR.MBR技术简介技术简介1.1 MBR含义含义第一节第一节.MBR技术简介技术简介1.1 MBR含义含义传统污水生物处理中，泥水分离在二沉池中靠重力作用完成，存在主要问题：1）分离效率依赖于活性污泥沉降性能。易出现污泥膨胀现象，出水水质恶化。 2）曝气池中污泥浓度较低，一般在 24g/L ，限制了生化反应污染物去除率。3）抗冲击负荷

3、能力不强。4）处理难降解有机物时间长，制浆废水20h，制药废水30-50h，占地面积大。5）产生大量剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用 25%-40% 。6）水力停留时间（ HRT ）与污泥龄（ SRT ）相互依赖。第一节第一节.MBR.MBR技术简介技术简介1.1 MBR含义含义 MBR 技术将膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，其优点如下：1）省去了二沉池，减少了占地面积。2）大大提高了固液分离效率，SS可去除99%。3）曝气池中活性污泥浓度的大大增加（15%-20%）和污泥中特效菌 ( 特别是优势菌群 ) 的出现，提高了生化反应速率。4）降低 F/M 比减少剩余污泥产生量（甚

4、至为零）。从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。 第一节第一节.MBR.MBR技术简介技术简介1.2 MBR技术分类技术分类分类依据分类依据种类种类膜组件与生物反应器组合方式分置式、一体式、复合式膜组件管式、板框式、中空纤维式等膜材料有机膜、无机膜压力驱动形式外压式、抽吸式生物反应器好氧、厌氧曝气生物反应器、萃取膜生物反应器、膜分离生物反应器膜分离生物反应器 第一节第一节.MBR.MBR技术简介技术简介膜组件和生物反应器分开设置。生物反应器中的混合液经循环泵增压后送至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水。膜组件置于生物反应器内部，废水进入膜 - 生物反应器

5、，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在负压作用下由膜过滤出水 。分置式分置式一体式一体式复合式复合式也可以认为属于一体式膜 - 生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，从而形成复合式膜 - 生物反应器，改变了反应器的某些性状 。1.2 MBR技术分类技术分类第一节第一节.MBR.MBR技术简介技术简介1、高效的固液分离，出水水质优质稳定。2、剩余污泥产量少。3、占地面积小，无需二沉池，工艺设备集中。4、可去除氨氮及难降解有机物。 5、克服了传统活性污泥法易发生污泥膨胀的弊端。 6、操作管理方便，易于实现自动控制。1.3 MBR技术优点技术优点MBR的优点的优点第一章第一章.M

6、BR.MBR技术简介技术简介1.4 MBR技术缺点技术缺点1、投资较大：膜组件的造价较高，投资比常规处理方法增加约20-50。 MBR的不足的不足 2、能耗高：泥水分离的膜驱动压力；高强度曝气；为减轻膜污染需增大流速。3、膜污染需定期清洗。 4、膜的寿命及更换，导致运行成本较高。膜组件一般使用寿命在3-5年，到期需更换。第一章第一章.MBR.MBR技术简介技术简介1.5 MBR发展历史发展历史历史历史第一阶段(1966 年1980年)1966年，美国的Dorr oliver公司首先将MBR用于废水处理研究1968年，Smith等人在活性污泥法工艺中用超滤取代二次池。20世纪80年代，膜生物反应

7、器工艺首次进入日本市场。第二阶段(1980年 1995年)1989年日本政府政府联合许多大公司共同投资研发。90年代Kubota公司研制了平板式浸没MBR。在80年代末到90年代初，Zenon环境公司研制成功了两个注册产品。Zenon环境公司商业化的产品系统ZenonGem在1982年进入市场。第三阶段(1995年至今)20世纪90年代中后期。越来越多的欧洲国家将MBR用于生活污水和工业废水的处理。目前国际上主要有四家大公司经营 MBR，它们分别是加拿大 Zenon 公司，日本Mitsubishi Rayon公司，日本Kubota公司和法国 SuezLDE/IDI公司。近年国内有多家公司供应。

8、第一章第一章.MBR.MBR技术简介技术简介1.6 MBR发展前瞻发展前瞻应用应用领域领域1.现有城市污水处理厂的更新升级 。2.无排水管网系统地区的污水处理，如居民点、旅游度假区风景区等。 3.有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等 。4.高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、皮革等行业 5.垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用 6.小规模污水厂（站）的应用。第一章第一章.MBR.MBR技术简介技术简介1.6 MBR发展前瞻发展前瞻研究研究重点重点1、膜污染的机理及防治 。2、MBR工艺流程及运行条件的优化.3、MBR 工艺经济性研究 （膜材料、组件、防污染）。4、以

9、节能、处理特殊水质对象开发新型的膜生物反应器 。 5、成熟、系统 MBR 的工艺设计方法 。 6、形形色色的生物反应器 MBR膜组件膜组件 2.2 MBR用膜用膜2.1常见常见MBR膜组件膜组件 2.3第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件不足：运行过程易污染、强度低、使用寿命短 优点：价格相对较低，膜制造工艺较为成熟，膜孔径和形式也较为多样，应用广泛.材质：聚偏氟乙烯、聚乙烯类、聚丙烯类、聚砜类、芳香族聚酰胺等 高分子有机膜高分子有机膜2.1 MBR用膜用膜不足：价格较高、弹性小、膜加工制备有一定困难优点（陶瓷膜为例）：耐酸 、抗压、抗温，通量高、能耗相对较低 材质：金属、金属

10、氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石等 无机膜无机膜第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件MBR 工艺中用膜一般为微滤膜（ MF ）和超滤膜（ UF ），大多采用 0.1 0.4 m 膜孔径 第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件微滤常用的聚合物材料有：聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯（PE）、聚醚醚酮、聚酰胺等 .超滤常用聚合物材料有：聚偏氟乙烯、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、纤维素酯、聚亚酰胺等 .2.1 MBR用膜用膜目前MBR膜组件中使用量较大的主要是聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚丙稀（PP

11、）。其中聚偏二氟乙烯（PVDF）由于其优良的物理和化学性能（强度和耐腐蚀性）在国内外用量均最大。第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件海绵状支撑层致密表皮层PVDF(聚偏氟聚偏氟乙烯乙烯)材质中材质中空纤维膜，空纤维膜，PVDF分子量分子量300万万400万，万，有很强的物理有很强的物理强度和化学稳强度和化学稳定性定性.膜表面放大照片膜表面放大照片膜横断面放大照片膜横断面放大照片2.1 MBR用膜用膜第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件2.1 MBR用膜用膜陶瓷膜陶瓷膜主要是A12O3、SiO2、TiO2 、ZrO2等无机材料制备，其孔径为0.150m。具有化学稳

12、定性好，能耐酸碱、耐有机溶剂，机械强度大，可反向冲洗，抗微生物能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率高，强度大，耐用，不易阻寨。其主要缺点是制造过程复杂，价格较贵。2.2 MBR膜组件膜组件第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件板框式是板框式是MBR 工艺最早应用的一种膜组件形式，外形类似于普通的板框式压滤机。工艺最早应用的一种膜组件形式，外形类似于普通的板框式压滤机。 优点：制造组装制造组装简单，操作方便，简单，操作方便，易于维护、清洗、易于维护、清洗、更换。更换。缺点：密封较复密封较复杂，压力损失大，杂，压力损失大，装填密度小。装填密度小。第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组

13、件用膜、膜组件膜直径在膜直径在 624mm之间。管状膜被放在一个多孔不锈钢、陶瓷或塑料管内，之间。管状膜被放在一个多孔不锈钢、陶瓷或塑料管内，每个膜组件中膜管数目一般每个膜组件中膜管数目一般418根。进水从管一端的管内流入，浓缩液从根。进水从管一端的管内流入，浓缩液从另一端流出，滤过液从管外流出。管状膜目前主要有聚乙烯微孔滤膜、陶瓷另一端流出，滤过液从管外流出。管状膜目前主要有聚乙烯微孔滤膜、陶瓷膜等。耐污染，易清洗，适用于高温废水，价格较高。膜等。耐污染，易清洗，适用于高温废水，价格较高。优点：料液可以料液可以控制湍流流动，控制湍流流动，不易堵塞，易清不易堵塞，易清洗，压力损失小。洗，压力损

14、失小。 缺点：装填密度装填密度较小较小 ，一般低，一般低于于300m2/m3 。2.2 MBR膜组件膜组件2.2 MBR膜组件膜组件第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件中空纤维膜组件强度好，高压下不变形，勿需支撑材中空纤维膜组件强度好，高压下不变形，勿需支撑材料。把大量料。把大量(多达几十万根多达几十万根)中空纤维膜装入圆筒型耐中空纤维膜装入圆筒型耐压容器内。纤维束开口端用环氧树脂铸成管板。外径压容器内。纤维束开口端用环氧树脂铸成管板。外径40-250m，内径，内径25-42m。在。在 MBR中，常把组件直中，常把组件直接放入反应器中，不需耐压容器，构成浸没式膜接放入反应器中，

15、不需耐压容器，构成浸没式膜-生生物反应器。一般为外压式膜组件。物反应器。一般为外压式膜组件。 优点优点：装填密度高，装填密度高，可达可达1600030000 m2/m3，造价相对较，造价相对较低，寿命较长，可低，寿命较长，可以采用物化性能稳以采用物化性能稳定，膜耐压性能好定，膜耐压性能好 ，不需要支撑材料。不需要支撑材料。 缺点缺点：对堵塞敏感，对堵塞敏感，污染和浓差极化对污染和浓差极化对膜的分离性能有很膜的分离性能有很大影响，压力降较大影响，压力降较大，再生清洗较困大，再生清洗较困难，废水前处理要难，废水前处理要求较高。求较高。 第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件主要部件为

16、多孔支撑材料，两侧是膜，三边密封，开放边与一根多孔的中心主要部件为多孔支撑材料，两侧是膜，三边密封，开放边与一根多孔的中心产品水收集管密封连接，在膜袋外部的原水侧垫一层网眼型间隔材料，把膜产品水收集管密封连接，在膜袋外部的原水侧垫一层网眼型间隔材料，把膜袋隔网依次迭合，绕中心集水管紧密地卷起来，形成一个膜卷，装进圆柱袋隔网依次迭合，绕中心集水管紧密地卷起来，形成一个膜卷，装进圆柱形压力容器内，就制成了一个螺旋卷式膜组件。形压力容器内，就制成了一个螺旋卷式膜组件。优点：膜装填密度膜装填密度较高；膜支撑结构较高；膜支撑结构简单；容易调整膜简单；容易调整膜面流态。面流态。缺点：中心管处易中心管处易泄

17、漏；膜与支撑材泄漏；膜与支撑材料的粘结处膜易破料的粘结处膜易破裂而泄漏；膜的安裂而泄漏；膜的安装和更换较困难。装和更换较困难。 2.2 MBR膜组件膜组件第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件2.2 MBR膜组件膜组件中空纤维膜组件中空纤维膜组件平板膜组件平板膜组件中空纤维膜膜丝柔性, 可反冲洗支撑板式平板膜，膜片为刚性, 不可反冲洗独立的清洗独立的清洗填充密度 1600m/m 填充密度 80m/m 典型膜通量：15L/mh 典型膜通量：20L/mh 缠绕式纤维物质，污泥堵塞，卡在纤维间，无法通过反冲去除。沟槽式,低填充密度，堆积在板间，始于板固定处，没有反冲洗化学清洗。化学及机

18、械清洗。中空纤维膜组件和板式膜组件的比较中空纤维膜组件和板式膜组件的比较第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件2.3 三种常见的三种常见的MBR膜组件膜组件1、中空纤维帘状浸入式膜组件以MitsubishiRayon (Japan)公司为代表，它具有膜面积大，易于安装，清洗方便等特点 第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件以GE的Zenon公司为代表，具有膜面积大，占地面积小等特点2.3 三种常见的三种常见的MBR膜组件膜组件2、中空纤维柱状浸入式膜组件第二节第二节.MBR.MBR用膜、膜组件用膜、膜组件以Kubota公司为代表，具有膜通量大，易于组装，清洗方便等特

19、点。 2.3 三种常见的三种常见的MBR膜组件膜组件3、平板型帘状浸入式膜组件第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.1 MBR设计需求信息设计需求信息废水水质水质条件包括：BOD、COD；TSS、VSS；N、P、T 。现场条件包括：咨询报告、场地限制、特殊地貌；如果是改造项目，则还需要工厂平面图、池子和渠道的尺寸，运行历史数据等。处理量和水力负荷该信息对工艺配置和处理工艺的选择具有决定意义。出水水质要求 或出水用途，该要求影响处理工艺流程的选择。MBR设计信息需求表设计信息需求表第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.2 MBR工艺组成工艺组成1、预处理、预处理细格栅，要求细

20、格栅，要求2mm，推荐，推荐1mm。圆孔和网格型。圆孔和网格型2 2、生化工艺部分生化工艺部分 3 3、膜过滤部分膜过滤部分4 4、剩余、剩余污泥处理部分污泥处理部分。第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.3 MBR工艺流程设计工艺流程设计生活污水生活污水MBR工艺流程工艺流程第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.3 MBR工艺工艺流程设计流程设计工业废水工业废水MBR工艺流程工艺流程第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.3 MBR工艺工艺流程设计流程设计以氨氮去除为主的以氨氮去除为主的MBR工艺流程工艺流程第三节第三节.MBR系统设计系统设计3.4 MBR工艺参

21、数设计工艺参数设计第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.5 膜元件的选择和安装膜元件的选择和安装选择核实的膜通量确定所需要的膜面积 根据单支元件的膜面积确定膜元件的数量MBR膜在运行过程中涉及反洗等操作，因此必须综合考虑水的利用率以及元件的停歇时间膜元件膜元件的选择的选择第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.5 膜元件的选择和安装膜元件的选择和安装膜元件膜元件的安装的安装以欧美-FLEXELL膜元件为例，W1不小于100mm，W2不小于150mm，W3不小于150mm，W4不小于400mm。第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.6 MBR产水系统产水系统 产水系统

22、可采用连续运行或间歇运行两种不同的运行方式； 对于微污染源水或MBR池MLSS浓度低的系统可连续产水； 对于高MLSS的系统，可选用抽吸与停抽相结合的运行方式。第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.7 MBR曝气系统曝气系统需氧量需氧量曝气系统主要为膜生物反应池的微生物生长代谢提供氧气，主要有三个方面：1）微生物氧化分解有机物的需氧量2）微生物自身细胞物质氧化分解的需氧量3）对污水中氨氮进行氧化所需氧量。第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.8 MBR反洗系统反洗系统通常膜的微生物污染用次氯酸盐洗涤效果较好，有机物污染通过碱洗效果明显，盐结垢通过酸洗效果明显。将化学加强反洗

23、程序引入到MBR膜的运行过程中。通过类似于低强度的化学清洗的操作，将MBR膜的污染消除在刚形成的阶段，阻止膜污染得不到及时恢复形成协同恶化的效应。第三节第三节.MBR.MBR系统设计系统设计3.8 MBR反洗系统反洗系统加药种类化学药剂加药浓度酸盐酸、柠檬酸、草酸控制PH在2.53.5之间碱氢氧化钠0.02%0.05%氧化剂次氯酸钠0.05%0.1%化学清洗的频率和操作的条件与进水的水质有关。通常情况下运行13个月或在相同的运行条件下透过膜的压差比初期上升的0.5bar以上时就应该进行化学清洗。每次清洗时间1-2h。第三节第三节.MBR系统设计系统设计 3.9 经济分析经济分析处理生活污水投资比较处理生活污水投资比较处理生活污水运行成本比较处理生活污水运行成本比较第四节第四节.MBR应用实例应用实例MBR处理生活污水和工业废水在国内已进入了大规模应用阶段。处理生活污水和工业废水在国内已进入